Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Neuroscience

Ассоциативный аппетит обонятельного обучения в doi: 10.3791/4334 Published: February 18, 2013

Summary

Личинки дрозофилы способны связать запах стимулов с вкусовыми награды. Здесь мы опишем простую поведенческую парадигму, которая позволяет проводить анализ аппетит ассоциативного обонятельного обучения.

Abstract

В следующем мы описываем методологические детали аппетит ассоциативного обучения в обонятельной личинки дрозофилы. Установки, в сочетании с генетическими помех, обеспечивает ручка для анализа нейронных и молекулярных основах специально ассоциативного обучения в простой личиночной мозга.

Организмы могут использовать прошлый опыт для настройки нынешнего поведения. Такое приобретение поведенческих потенциал может быть определен как обучение, а также физические основы этих потенциалов, как следы памяти 1-4. Неврологи пытаются понять, как эти процессы организованы с точки зрения молекулярной и нейронных изменений в головном мозге с помощью различных методов в модельных организмов, начиная от насекомых до 5,6 позвоночных. Для таких усилий было бы полезно использовать модели систем, которые являются простыми и доступными экспериментально. Личинки дрозофилы оказалось удовлетворить эти требования, основанные наНаличие надежных поведенческих тестов, существовании различных трансгенных технологий и элементарных организации нервной системы, содержащей только около 10.000 нейронов (хотя и с некоторыми уступками: когнитивные ограничения, несколько вариантов поведения, и богатство опыта сомнительная) 7-10 .

Личинки дрозофил могут образовывать связи между запахами и вкусовыми аппетит подкрепление, как сахар 11-14. В стандартном анализе, созданного в лаборатории Б. Гербер, животные получают два запаха взаимного обучения: первая группа личинок подвергается запах вместе с вкусовыми подкрепления (сахар награда) и последующем воздействии запаха B без подкрепления 9. Тем временем вторая группа личинок получает взаимный обучение, испытывая запах без подкрепления, а затем подвергаются воздействию запахов B с подкреплением (сахар вознаграждение). В следующем обеих групп ТЭСТед их предпочтения между двумя запахами. Относительно высокие преференции для вознаграждены запах отражает ассоциативное обучение - представлена ​​в виде индекса производительности (PI). Вывод о том, ассоциативный характер индекс производительности является убедительным, потому что кроме резервного между запахами и tastants, другие параметры, такие как запах и награду экспозиции, временем и обработки не отличаются между двумя группами 9.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Подготовка

  1. Дрозофилы дикого типа личинок, поднятых на 25 ° C и 60% -80% влажности в 14/10 светлый / темный цикл. Для контроля точный возраст личинок всегда 20 женщин ставятся с 10 мужчинами в одном флаконе (6 см высотой и 2,5 см в диаметре), что включает в себя около 6 мл стандартной пищи лету. Мухи могут откладывать яйца в течение 12 часов и передаются в новый флакон на второй день. 5-6 дней после откладки яиц личинки достигают кормления 3-го возраста этапе, если подняты на 25 ° C и может быть использован для поведенческий эксперимент. Тем не менее, необходимо обеспечить, чтобы принимать только личинки, которые все еще находятся в пищу, а не личинки со стороны флаконе. Эти личинки уже достигли «блуждающих 3-го возраста этапе", - незадолго до окукливания - и их использование усложняет интерпретацию результатов.
  2. Подготовка 2,5% агарозы чашках Петри (других лабораториях также использовать агар концентрации 1% в течение всего эксперимента, каквсе более низких концентрациях может позволить кормления 3-го возраста личинки копаться в подложке): растворить 2,5 г агарозы в 100 мл DDH 2 O. Нагрейте раствор в микроволновой печи, пока она закипит. Тщательно перемешивать раствор и положил его обратно в микроволновую печь, пока все агарозном растворяется. Залить горячим раствором агарозы в чашки Петри, что в нижней части чашки Петри полностью закрыта, и раствор агарозы образует гладкую поверхность. Пусть решение остыть до комнатной температуры и закрыть крышками. Не стоит сразу же закрыть крышкой, потому что оно позволит конденсации воды на веки.
  3. Подготовка 2М фруктозы чашки Петри: растворить 2,5 г агарозы в 100 мл DDH 2 O (опять же, использование 1% агара концентрации возможна, однако она может позволить кормления 3-го возраста личинки копаться в подложке). Нагрейте раствор в микроволновой печи, пока она закипит. Тщательно перемешивать раствор и положил его обратно в микро-волны, пока все агарозном растворяется. Осторожно добавьте 35 г фруктозы в горячий раствор, медленно перемешивать смесь, пока сахар не растворится, чтобы избежать кипения отсталости. Залить горячим фруктоза-агарозы решение в чашки Петри таким образом, что нижняя полностью покрыта и фруктоза-агарозы раствор образует гладкую поверхность. Пусть решение остыть до комнатной температуры и закрыть крышками. Не стоит сразу же закрыть крышкой, потому что оно позволит конденсации воды на веки.
  4. Получение 1-октанол (ОКТ) контейнеры запах: Fill 10 мкл чистой октября на заказ тефлоновым запах контейнер и закрыть его крышкой, которая имеет несколько маленьких отверстий для обеспечения испарения запах. Подробное описание контейнеров приведены в Gerber и Stocker 2007 года. Подготовить три контейнера запаха октября Запах контейнеры позволяют испарения химических веществ вставлены, но избегай, что личинки могут напрямую связаться с ними. Таким образом, здесь описанных экспериментов специальнорешения обонятельные обучения в личинки без возмущающих вкусовые побочные эффекты.
  5. Подготовка amylacetate (AM) контейнеры запах: Разбавить AM 1:50 в парафиновой нефти. Заполнить 10 мкл разведения в заказ контейнера запах тефлона и закрыть его крышкой, которая имеет несколько маленьких отверстий для обеспечения испарения запах. Подготовить три контейнера запаха для АМ. Разведение имеет важное значение для практических соображений, а именно, чтобы избежать сильного предпочтение одного запаха по сравнению с другими, которые могут маскировать обучения зависит от изменения относительного предпочтения между двумя запахами. Равными для обеих привлечению запахи, возможно, придется быть подтвержден в лаборатории до начала эксперимента с применением позже описал испытание (2.5) с наивным животных. Значения Здесь представлены основана на нескольких публикаций лаборатории Gerber, которые недавно были воспроизведены нашей лаборатории 9,15,16.
  6. Маркировка чашки Петри: Перед поведенческих экспериментов все чашки Петри должны быть закодированы. Это означает, чтофруктозы содержащих чашки Петри должны быть отмечены, например, с "X" или "A" и агарозы только чашки Петри с "Y" или "B". Этот код должен быть открыта только после того, экспериментатор все данные были записаны. Проводя эксперименты "слепой" Таким образом, не исключено, что ожидания экспериментатора может повлиять на производительность личинок. Для облегчения понимания широкого круга читателей, в дальнейшем мы будем говорить только о запахов, как условные раздражители (CS1 и CS2), которые либо вознаграждены, когда представленные на фруктозе чашки Петри (+) или не вознаграждены, когда представил на агарозном только Чашка Петри (-).

2. Сахар Обучение Награды и испытаний

  1. Соберите 30 кормлении 3-го возраста личинок из пищи флаконе. Передача их в первую чашку Петри, которая содержит несколько капель воды из-под крана и тщательно перемещать их вперед и назад с помощью кисти. Перенести их на вторую чашку Петри, которая содержит также несколько капель водопроводной ваТер чтобы убедиться, что никакой еды пасты остается на bodywall личинок, в противном случае личинки могли бы испытать запах пищи во время эксперимента. Это, вероятно, скрыть процесс обучения и их производительность в тесте ситуации.
  2. Обучение: Для обучения личинок ассоциированных с запахом аппетит кия сахара следующий режим применяется. Поставьте контейнер октября запах на левой и правой стороне «Х» отмечены - таким образом, фруктоза награду содержащие (+) чашки Петри ("слепой" эксперимент, подробнее см. 1.6). Положить группа из 30 кормлении личинок 3-го возраста на середину чашки Петри, закройте крышкой и подождите 5 минут, в то время как животные подвергаются воздействию октября Убедитесь в том, что личинки не в ловушке внутри капли воды и может преодолеть поверхностное натяжение его. К тому личинки могут свободно передвигаться по чашке Петри и испытать обонятельные и / или вкусовые раздражители.
  3. Подготовка: удалить личинок из чашки Петри с увлажненной кистью и передачим на второй чашке Петри, которые помечены "Y" - таким образом, агарозы только (-), содержащие Петри - и не имеет запаха AM контейнер расположен на левой и правой стороне. Закройте крышкой и подождите 5 минут, в то время как животные подвергаются воздействию AM.
  4. Обучение: Повторите 2,2) и 2,3) в два раза, так, что все 30 личинок опыт трех учебных циклов: CS1 / (+) - CS2 / (-); CS1 / (+) - CS2 / (-); CS1 / (+) - CS2 / (-). В этом эксперименте CS1 представляет октября и CS2 коды AM.
  5. Тест: Место 1 утра и одну октября запах контейнера на противоположной сайтов агарозном только чашку Петри. Передача дрессированных животных к середине блюдо тест Петри. Закройте крышкой и подождите 5 минут. Затем подсчитывают число личинок на левой стороне, средней и правой стороне блюдо тест Петри.
  6. Повторите шаги 2,1) до 2,5) со второй группой из 30 кормления личинок 3-го возраста, но поменяться ролями экспериментальной М. и октябре, что животные получают следующую подготовку: CS2/ (+) - CS1 / (-); CS2 / (+) - CS1 / (-); CS2 / (+) - CS1 / (-). В этом эксперименте CS1 представляет октября и CS2 коды AM.
  7. Возможные мероприятия по обучению. Выше мы представляем обучения, которая существует в трех учебных испытаний либо октябрь / (+) - AM / (-) или в обратном группе также три учебных испытаний AM / (+) - октябрь / (-). Однако, чтобы избежать последовательности зависимых эффектов в процессе обучения важно, чтобы изменять последовательность стимулов в следующем повторении полного эксперимента. Изменяя CS1 или CS2 порядка, а также награду презентации в первом или втором представлены плиты, четыре различных последовательностей для подготовки испытаний возможны:
Первая группа CS1 / (+) - CS2 / (-) Взаимное группы CS2 / (+) - CS1 / (-)
CS1 / (-) - CS2 / (+) CS2 / (-) - CS1 / (+)
CS2 / (+) - CS2 / (-) CS1 / (+) - CS2 / (-)
CS2 / (-) - CS1 / (+) CS1 / (-) - CS2 / (+)

Для предотвращения систематических эффектов стимулов в окружающей среде экспериментальной, следует выполнить тест в половине случаев такое, что октябрь представлена ​​на левой и AM с правой стороны. В другой половине случаев утра должны быть представлены на левом и октябре справа.

3. Тесты для целевой значимых Сенсомоторное Факультеты

Дизайн описанных выше экспериментов позволяет проанализировать запах сахара обучения в дикий тип кормления 3-го возраста личинок на свои собственные. Тем не менее, в повседневной жизни исследователи лаборатории обычно используют два или более различных экспериментальных групп личинок, чтобы сравнить, если обонятельные обучения зависит от номинальнойВ частности ген, определенный набор нейронов, мутант акции, специальное диетическое питание, различные условия выращивания, токсичных химических веществ добавлены в процессе разработки, и т.д. Таким образом, во всех случаях, когда два или более экспериментальных групп личинок тестируются, что нужно сделать Набор обязательных контрольных экспериментов, чтобы проверить, если различные группы личинок показать правильный сенсорно-моторной acuities. Это становится обязательным как потенциальные фенотипы не обязательно за счет снижения или отмены способности ассоциированных запахи с сахаром. Скорее всего, потенциальные обучения дефекты могут быть основаны на дефектах на любом этапе сенсорно-моторные схемы при обработке запахов и / или сахара. Или, другими словами, если мутантный личинки не в состоянии смысле сахара, он не может установить сахара памяти. Но этого не позволяют сделать вывод, что личинки не могут учиться. Подробно следующих контрольных опытов должно быть сделано для проверки надлежащей октября, AM и фруктозы обработки трансгенных личинок.

1. Тест для наивных октября preference

Соберите 30 кормлении 3-го возраста личинок из пищи флаконе. Вымойте их тщательно в водопроводной воде, как описано в 2.1. Положите одну запаха октября контейнер на одной стороне блюда агарозном Петри, добавить личинок на середину чашки Петри, закройте крышкой и подождите 5 минут, так что личинки могут ползать по чашке Петри и ориентироваться на октябрь Запах источник. Затем подсчитывают число личинок на левой стороне, в центре и на правой стороне блюдо тест Петри.

2. Тест для наивных предпочтение AM

Соберите 30 кормлении 3-го возраста личинок из пищи флаконе. Вымойте их тщательно в водопроводной воде, как описано в 2.1. Положите одну AM запах контейнер на одной стороне блюда агарозном Петри, добавить личинок на середину чашки Петри, закройте крышкой и подождите 5 минут, так что личинки могут ползать по чашке Петри и ориентироваться на сообщения Запах источник. Затем подсчитать количество лarvae слева, в центре и на правой стороне блюдо тест Петри.

3. Тест для наивных предпочтение сахара

Соберите 30 кормлении 3-го возраста личинок из пищи флаконе. Вымойте их тщательно в водопроводной воде, как описано в 2.1. Подготовка чашки Петри, содержащие 2,5% агарозном в одной половине и фруктозы 2М-агарозы смеси в другой половине. Добавить личинок на чашке Петри, закройте крышкой и подождите 5 минут, так что личинки могут ползать по чашке Петри и ориентироваться на фруктозе содержащие стороне. Затем подсчитывают число личинок на левой стороне, в центре и на правой стороне блюдо тест Петри.

Подготовка половины половина чашки Петри: подготовка нормальных пластин агарозы, как описано выше в разделе 1.2. Когда агарозном заполнены чашки Петри остынет, аккуратно вырезать агарозном вдоль вертикальной оси с помощью скальпеля. Удалите одну половину агарозы из чашки Петри.дд горячие фруктозой-агарозы раствора (для приготовления см. п. 1.3) в пустую половину чашки Петри. Будьте осторожны, чтобы обе половины матча и не образуют определенный край - это влияет на выбор поведения личинок и оказывает поведенческого анализа довольно сложно 4..

Sham обучения

Несмотря на испытания, если трансгенные кормления 3-го возраста личинки способны различать на диком уровне типа между октябрем и воздушного (3,1), AM и воздуха (3,2), сахар и чистое агарозы (3,3), дополнительный набор тестовых экспериментов в последнее время введено (для обсуждения см. Гербер и Stocker, 2007). Основанием для этих экспериментов заключается в следующем. Во время обучения личинки подвергаются массивной обработки и последовательной запахом и сахар стимуляции. Таким образом, вполне возможно, что наблюдаемый фенотип обучения является вводящим в заблуждение (хотя и наивный запах и тесты сахара восприятия на диком уровне типа!). Действительно, вполне возможно, что трансгенные животные Differ от дикого типа личинок по отношению к стрессоустойчивости, мотивации, усталости, сенсорной адаптации, контекстного обучения, а также изменения в сытости. Таким образом, Михельс и др.. (2005) представил управления, проверить, является ли данный мутант способен (1) обнаружить AM сравнению с пустой контейнер запах, если вы относитесь к личинкам точно так, как во время тренировки исключением того, что вы пропустите награды и изобличают только как запахов; (2) обнаружить октября после того, как тот же режим, (3) обнаружение AM сравнению с пустой контейнер запах, если вы относитесь личинок в учебно-как способ исключением того, что вы пропустите запахи и просто выставить на вознаграждение и (4 ) обнаружения октября после того, как по той же схеме. Для всестороннего обсуждения и Более подробную информацию о методах см. Михельс и др. (2005) и Гербер и Стокер (2007).

4. Анализ данных для Sugar Learning награды

  1. Для оценки данных обучения протокол награду сахар расчета индекса октября предпочтение (PREF OCT) для каждой из двух обратчески обученных групп:
    Для первой группы, который получил октября / (+) - AM / (-) обучения:
    PREF октября (OCT + / AM-) = (# личинок на стороне Октября - # личинок на стороне AM) / # всех личинок в левой, правой и средней зонах
    Для второй группы, которая получила AM / (+) - октябрь / (-) обучения:
    PREF AM (AM + / OCT-) = (# личинок на сообщения сторону - # личинок на стороне Октября) / # всех личинок в левой, правой и средней зонах
  1. Расчет индекса производительности (PI) для двух значений PREF от 4,1). PI представляет ассоциативного обучения, отменив из возмущающих эффектов запаха и наказание экспозиции, временем и обработки:
    PI = (PREF октября (OCT + / AM) + PREF AM (AM + / OCT)) / 2
    Таким образом, ИП может колебаться от -1 до 1. Значительно отрицательные значения представляют собой отвращение обучения, в то время как значительное положительное значение описать аппетит обучения. Полный эксперимент обычно состоит из 10 или более ИП. Данные визуализируются как includin окне участковг все значения данной экспериментальной группы. 50% от значений, расположенных в окно, средняя индекса производительности указывается как жирная линия в окне сюжет.

5. Анализ данных для целевой значимых Сенсомоторное Факультеты

  1. Для оценки данных при тестировании для правильного запаха октября обработки вычислить предпочтение октября запах индекс следующим образом:
    Запах PREF октября = (# личинок на стороне Октября - # личинок на другой стороне) / # всех личинок в левой, правой и средней зонах
  2. Для оценки данных при тестировании для правильного восприятия запаха AM расчета предпочтение AM запах индекс следующим образом:
    Запах PREF AM = (# личинок на сообщения сторону - # личинок на другой стороне) / # всех личинок в левой, правой и средней зонах
  3. Для оценки данных при тестировании для правильного восприятия фруктозы рассчитать индекс фруктозы предпочтение следующим образом:
    PREF фруктозы = (# личинок на фруктозе стороны - # личинок на другой стороне) / # Всех личинок в левой, правой и средней зонах
  4. Подробная информация для подготовки фиктивный приведены в Михельс и др.. 2005 года.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Рисунок 1А показывает обзор экспериментальных процедур для личинок обонятельного ассоциативного обучения. По спаривания одного из двух представленных запахи с личинками награду сахар приобрести поведение потенциал для выражения привлекательных ответ на вознаграждены запаха в сравнении с запахом без награды. Две группы личинок всегда тренировался либо спаривания подкрепления с запахом октябре или AM. Индекс производительности (PI) измеряет ассоциативные функции, как разница в предпочтениях между взаимно обученных групп.

В случае ассоциативная функция анализируется в трансгенных личинок, тесты для основных сенсорно-моторные способности не требуется. Это делается, предлагая им выбор между заполненный контейнер запах и воздух или между чистой агарозы и агарозы плюс сахар. (Sham обучения здесь не показано). Окончательное распределение личинок отмечено в конкретный лист данных (рис. 2) и отношениюualized как коробка участка (рис. 3). Положительные результаты показывают привлекательную поведения выбором для предпочтения индексов и аппетит обучения в случае выполнения показателей. Отрицательные значения указывают на поведение отвращение выбором для расчета индексов предпочтения и отвращения обучения в случае выполнения показателей.

Рисунок 1
Рисунок 1. Схема поведенческие эксперименты по измерению личиночной ассоциативного обонятельного обучения, наивный обонятельных предпочтений и наивные вкусовых предпочтений.

  1. 30 Drosophila питание 3-го возраста личинки помещаются в течение пяти минут на блюде агарозном Петри, содержащей сахар награду 2М фруктозы. В то же время первый аромат представлен в тефлоновый контейнерс (ОКТ). Таким образом, личинки могут ассоциировать запах стимулов с положительным подкреплением на первом этапе обучения. Далее, личинки переданы второе блюдо агарозном Петри без подкрепления, но со второй запаха (AM) для вновь 5 мин. Обучение повторяется три раза. Наконец, в тестовой ситуации запах предпочтение личинок измеряется для вознаграждены запах против не вознаграждены запах на блюдо агарозном Петри. Это позволяет расчет первого индекса предпочтения (PREF). Вторая группа личинок обучение так же в взаимно пути. Здесь, второй индекс предпочтения (PREF) может быть вычислена. Наконец Performance Index (PI) рассчитывается путем усреднения как предпочтение индексов. Для получения дополнительной информации о последовательности испытаний см. также 2.7.
  2. Для анализа наивной предпочтение запаха, запах одного контейнера заполнены или октябре или AM помещается на одной стороне чистой блюдо агарозном Петри. 30 кормлении 3-го возраста личинки плаКНИ в середине чашки Петри, и после 5 мин распределение личинок на чашку Петри считается. Из полученных данных обонятельные индекс предпочтения (PREF) рассчитывается.
  3. Для анализа наивной вкусовые предпочтения фруктозы 2М заполняется в одной половине чашку Петри, содержащую чистую агарозы на другой его стороне. 30 кормлении 3-го возраста личинки находятся в середине чашки Петри, и после 5 мин распределение личинок на чашку Петри считается. Из полученных данных вкусовые предпочтения индекс (PREF) рассчитывается.

Рисунок 2
Рисунок 2. Пример сырой лист данных для регистрации и обработки данных, полученных в) обучение награду сахар, B) наивнымЗапах предпочтений и C) наивным вкусовых предпочтений. Для всех экспериментов количество личинок на левой стороне, в центре и на правой стороне чашки Петри, отметил. Из этих индексов информацию предпочтения (PREF) рассчитываются. Личинок обучения изображается как показатели эффективности (PI), вытекающие из computating префов двух взаимно обучение группы. Нажмите здесь, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 3
Рисунок 3. Пример визуализации данных, полученных для) сахара награду обучения, B) наивным предпочтения запахов и C) наивным вкусовых предпочтений. Boxplots представляют следующие данные: средний (Жирной линией в окне); поле указывает 50% всех точек данных в то время как верхняя и нижняя усов представляет другой 25%. Поэтому без выбросы минимальные и максимальные значения обозначены границы усов. Выбросы изображены в виде маленьких кругов они определяются как любая точка более чем в 1,5 раза межквартильный диапазон от 1-й и 3-й квартили. Статистический анализ отдельных точек данных производится с Уилкоксона-рангового критерия, в то время как суммы рангов Вилкоксона тест используется для сравнения двух групп данных. Значение уровня обозначаются как нс для р> 0,05, * при р <0,05; ** при р <0,01 или *** при р <0,001. Размер выборки каждого эксперимента: N = 15.

Для изучения экспериментов в) всегда два предпочтение индексов (PREF) взаимных экспериментов берутся для расчета окончательных Performance Index (PI). Производительность индексы (PI) изображены в виде коробки участков соответственно.


Рисунок 4. Примеры GAL4 линий, каждая из которых называет определенный набор клеток в личиночной мозга. Всегда полные Z-проекции фронтальным видом на личиночной мозга показано на рисунке. Специальные наборы нейронов помечены как анти-зеленого флуоресцентного белка (зеленый) во всей личиночной ЦНС, что визуализируется anti-FasII/anti-ChAT doublestaining (пурпурный).) NP225 этикетки набор второго порядка обонятельные нейроны, называется проекцией нейронов (стрелка) и развивающихся взрослых визуальной системой (стрелка). B) NP2426 знаки набор обонятельных интернейронов (стрелка) на первом обонятельные ретрансляционной станции, называется усиков доли. C) GR66a называет исключительно набор вкусовых сенсорных нейронов, что Проект из периферических вкусовых органов чувств к subeosophageal ганглий (стрелкой). D) NP3128 этикетки несколько наборов различных типов нейронов. Стрелка показывает интернейронов обонятельных усиков доли похожи на B. стрелка указывает набор дофаминергических нейронов, что проект на нейропиля регион, называемый Гриб тела. Е) H24 знаки множество грибов клетки организма Кеньон (стрелка), нейроны, где показаны необходимыми для личинок обонятельные обучения. F) NP7493 является примером относительно неспецифической выражение шаблон, который включает в себя несколько наборов развивающихся нейронов (стрелки), которые будут дополнительно дифференцировать во время метаморфоза, чтобы сформировать мозг мухи. Шкала баров = 50 мкм.

Рисунок 5
Рисунок 5. Обзор подведение успешных попыток изучить ассоциативного обучения в Drosophila личинок. Обонятельные раздражители, а также свет может быть использован в качестве условного раздражителя, чтобы быть связаны либо с наградой или наказанием (безусловный раздражитель). Награждение стимулы включают сахара и низкой концентрации соли; наказание стимулы включают высокую концентрацию соли, хинина, поражения электрическим током, тепловой, механической стимуляции посредством вибрации (шума) и легких 11,12,17-24. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

GAL4 / БАС строит часто используется в нашей лаборатории
Сокращение Белок Функция Литература
Визуализация
UAS-mCD8 :: GFP зеленый флуоресцентный белок коррRane маркера Lee и соавт., 1999
UAS-н-SYB :: GFP зеленый флуоресцентный белок пресинаптических маркеров Ито и соавт., 1998
UAS-Dscam17.1 :: GFP зеленый флуоресцентный белок постсинаптические маркером Wang и соавт., 2004
UAS-NLS :: GFP зеленый флуоресцентный белок Маркер тела клетки Робертсон и соавт., 2003
Вмешательство в нейронной сигнализации
UAS-HID голова инволюции дефектных индуцирует апоптоз Чжоу и соавт., 1997
UAS-RPR жнец индуцирует апоптоз Чжоу и соавт., 1997
UAS-ши TS доминирующего отрицательного динамина Блоки vesiclэлектронной утилизации Китамото, 2001
UAS-Kir.2.1 :: EGFP внутренне исправления K + канала не деполяризацию мембраны Бэйнс и соавт., 2001
UAS-TRPA1 катионного канала зависит от температуры активации Розенцвейг и соавт., 2005
UAS-ChR2 Channelrhodopsin свет зависимой активации Schroll и соавт., 2006

Таблица 1. UAS эффекторных конструкций часто используется в лаборатории для визуализации нейронных анатомии и манипулировать синаптической передачи 25-33.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Описанная установка у личинок дрозофилы позволяет для исследования ассоциативного обонятельные обучения в рамках сравнительно элементарных мозга. Этот подход является простым, дешевым, легко установить в лаборатории и не требует высокотехнологичного оборудования 9. Мы представляем вариант эксперимента, для изучения аппетит ассоциативного обучения подкрепляется фруктозы награду 11. Описанная установка на основе ряда параметрических исследований, которые всесторонне исследовали изменения в ряд учебных испытаний, одно анализ в сравнении с массой анализа, время удерживания, используемые запахи и запах концентрации и гендерной 9,15,34,35. Таким образом, изображенный поведенческие установки интегрирует эту информацию в исключительных воспроизводимые подход к изучению высших функций мозга у дрозофилы. В конечном счете, на основе его простой установки награждения или наказания эффект любого растворимого вещества могут быть легко проверены с этим анализом.

ve_content "> Кроме того, несколько вариантов парадигмы были недавно опубликованы которые позволяют исследование ассоциативного визуального обучения у личинок 23,36 (создана в Gerber и др. (2004).), а также поражения электрическим током, свет, тепло, хинин или вибраций также были успешно реализованы как отвращение подкреплений для ассоциативного обучения обонятельные 9,17,19-21,37-40. Таким образом, полный набор экспериментальных установок существует для анализа поведенческих, нейронные и молекулярные основы обучения и памяти у личинок дрозофилы ( Рисунок 5) 13,14,41,42. Здесь мы сосредоточены исключительно на запах фруктозы обучения за счет надежности анализа и относительно высокие показатели эффективности, которые могут быть достигнуты. Особенно некоторые из вариантов отвращение привести лишь к небольшим поведенческих изменений. Это ограничивает в некоторой степени применения метода, помимо вопросов развития животных, которые делают исследования на личиночной долгосрочнойпамяти, а невозможно.

Личиночной мозга состоит только из около 10.000 нейронов в полном объеме. Таким образом, из-за его относительной простых (в плане количества) организации это хорошо доступны для генетического вмешательства, которые, в свою очередь, позволяет для продвинутых исследований на молекулярном и нейронные основы обучения и памяти. Особенно GAL4/UAS систем и его последние модификации позволяют для генетических манипуляций определенный набор нейронов и до еще одной ячейки в пространственно-временной образом (рис. 4) 7,10. Настоящим полный набор эффекторных линий дает возможность визуализировать эти определенные наборы нейронов (рис. 4) 25,43 или, наоборот манипулировать их нейронов выход (табл. 1). Чаще всего эффекторных генов, которые могут применяться клетки-автономно вызывают гибель клеток или нейронов тормозят передачу 29,30,33. Совсем недавно были разработаны технологии, что альнизкий для контролируемого искусственной активации нейронов обусловлен света или температуры (табл. 1) 31,32,44.

Таким образом, сочетание сложных способов генетического вмешательства и здесь описано поведенческие эксперименты позволяют раскрытии нейронов, молекулярной и поведенческой основе обучения и памяти в элементарных мозга личинок дрозофилы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нет конфликта интересов объявлены.

Acknowledgments

Мы особенно хотим поблагодарить членов лаборатории Gerber технические инструкции по их экспериментальной установки и замечания по рукописи. Мы также благодарим Любовь Панкевич для ухода лету и обслуживание диких акции типа кантонов. Эта работа выполнена при поддержке гранта DFG TH1584/1-1, ОЯТ грант 31003A_132812 / 1 и Zukunftskolleg из Университета Констанца (все AST).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Fructose Sigma 47740 57-48-7
NaCl Fluka 71350 7647-14-5
Agarose Sigma A5093 9012-36-6
1-octanol Sigma 12012 111-87-5
Amylacetate Sigma 46022 628-63-7
Paraffin oil Sigma 18512 8012-95-1

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Pawlow, I. P. New Researches on Conditioned Reflexes. Science. 58, 359-361 (1923).
  2. Heisenberg, M. Mushroom body memoir: from maps to models. Nat. Rev. Neurosci. 4, 266-275 (2003).
  3. Kandel, E. R. Cellular insights into behavior and learning. Harvey Lect. 73, 19-92 (1979).
  4. Gerber, B., Tanimoto, H., Heisenberg, M. An engram found? Evaluating the evidence from fruit flies. Curr. Opin. Neurobiol. 14, 737-744 (2004).
  5. Milner, B., Squire, L. R., Kandel, E. R. Cognitive neuroscience and the study of memory. Neuron. 20, 445-468 (1998).
  6. Keene, A. C., Waddell, S. Drosophila olfactory memory: single genes to complex neural circuits. Nat. Rev. Neurosci. 8, (2007).
  7. Duffy, J. B. GAL4 system in Drosophila: a fly geneticist's Swiss army knife. Genesis. 34, 1-15 (2002).
  8. Gerber, B., Stocker, R. F., Tanimura, T., Thum, A. S. Smelling, tasting, learning: Drosophila as a study case. Results Probl. Cell. Differ. 47, 139-185 (2009).
  9. Gerber, B., Stocker, R. F. The Drosophila larva as a model for studying chemosensation and chemosensory learning: a review. Chem. Senses. 32, 65-89 (2007).
  10. Venken, K. J., Simpson, J. H., Bellen, H. J. Genetic manipulation of genes and cells in the nervous system of the fruit fly. Neuron. 72, 202-230 (2011).
  11. Gerber, B., Hendel, T. Outcome expectations drive learned behaviour in larval Drosophila. Proc. Biol. Sci. 273, 2965-2968 (2006).
  12. Schleyer, M., et al. A behavior-based circuit model of how outcome expectations organize learned behavior in larval Drosophila. Learn Mem. 18, 639-653 (2011).
  13. Pauls, D., Selcho, M., Gendre, N., Stocker, R. F., Thum, A. S. Drosophila larvae establish appetitive olfactory memories via mushroom body neurons of embryonic origin. J. Neurosci. 30, 10655-10666 (2010).
  14. Selcho, M., Pauls, D., Han, K. A., Stocker, R. F., Thum, A. S. The role of dopamine in Drosophila larval classical olfactory conditioning. PLoS One. 4, e5897 (2009).
  15. Neuser, K., Husse, J., Stock, P., Gerber, B. Appetitive olfactory learning in Drosophila larvae:effects of repetition, reward strength, age, gender, assay type and memory span. Animal Behaviour. 69, 891-898 (2005).
  16. Scherer, S., Stocker, R. F., Gerber, B. Olfactory learning in individually assayed Drosophila larvae. Learn Mem. 10, 217-225 (2003).
  17. Aceves-Pina, E. O., Quinn, W. G. Learning in normal and mutant Drosophila larvae. Science. 206, 93-96 (1979).
  18. Heisenberg, M., Borst, A., Wagner, S., Byers, D. Drosophila mushroom body mutants are deficient in olfactory learning. J. Neurogenet. 2, 1-30 (1985).
  19. Khurana, S., Abu Baker, M. B., Siddiqi, O. Odour avoidance learning in the larva of Drosophila melanogaster. J. Biosci. 34, 621-631 (2009).
  20. Pauls, D., et al. Electric shock-induced associative olfactory learning in Drosophila larvae. Chem. Senses. 35, 335-346 (2010).
  21. Eschbach, C., et al. Associative learning between odorants and mechanosensory punishment in larval Drosophila. J. Exp. Biol. 214, 3897-3905 (2011).
  22. von Essen, A. M., Pauls, D., Thum, A. S., Sprecher, S. G. Capacity of visual classical conditioning in Drosophila larvae. Behav. Neurosci. 125, 921-929 (2011).
  23. Gerber, B., et al. Visual learning in individually assayed Drosophila larvae. J. Exp. Biol. 207, 179-188 (2004).
  24. Rohwedder, A., et al. Nutritional Value-Dependent and Nutritional Value-Independent Effects on Drosophila melanogaster Larval Behavior. Chem. Senses. (2012).
  25. Lee, T., Lee, A., Luo, L. Development of the Drosophila mushroom bodies: sequential generation of three distinct types of neurons from a neuroblast. Development. 126, 4065-4076 (1999).
  26. Ito, K., et al. The organization of extrinsic neurons and their implications in the functional roles of the mushroom bodies in Drosophila melanogaster Meigen. Learn Mem. 5, 52-77 (1998).
  27. Wang, J., et al. Transmembrane/juxtamembrane domain-dependent Dscam distribution and function during mushroom body neuronal morphogenesis. Neuron. 43, 663-672 (2004).
  28. Robertson, K., Mergliano, J., Minden, J. S. Dissecting Drosophila embryonic brain development using photoactivated gene expression. Dev. Biol. 260, 124-137 (2003).
  29. Zhou, L., et al. Cooperative functions of the reaper and head involution defective genes in the programmed cell death of Drosophila central nervous system midline cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94, 5131-5136 (1997).
  30. Kitamoto, T. Conditional modification of behavior in Drosophila by targeted expression of a temperature-sensitive shibire allele in defined neurons. J. Neurobiol. 47, 81-92 (2001).
  31. Schroll, C., et al. Light-induced activation of distinct modulatory neurons triggers appetitive or aversive learning in Drosophila larvae. Curr. Biol. 16, 1741-1747 (2006).
  32. Rosenzweig, M., et al. The Drosophila ortholog of vertebrate TRPA1 regulates thermotaxis. Genes Dev. 19, 419-424 (2005).
  33. Baines, R. A., Uhler, J. P., Thompson, A., Sweeney, S. T., Bate, M. Altered electrical properties in Drosophila neurons developing without synaptic transmission. J. Neurosci. 21, 1523-1531 (2001).
  34. Chen, Y. C., Mishra, D., Schmitt, L., Schmuker, M., Gerber, B. A behavioral odor similarity "space" in larval Drosophila. Chem. Senses. 36, 237-249 (2011).
  35. Saumweber, T., Husse, J., Gerber, B. Innate attractiveness and associative learnability of odors can be dissociated in larval Drosophila. Chem. Senses. 36, 223-235 (2011).
  36. von Essen, A. M., Pauls, D., Thum, A. S., Sprecher, S. G. Capacity of visual classical conditioning in Drosophila larvae. Behav. Neurosci. (2011).
  37. Honjo, K., Furukubo-Tokunaga, K. Induction of cAMP response element-binding protein-dependent medium-term memory by appetitive gustatory reinforcement in Drosophila larvae. J. Neurosci. 25, 7905-7913 (2005).
  38. Honjo, K., Furukubo-Tokunaga, K. Distinctive neuronal networks and biochemical pathways for appetitive and aversive memory in Drosophila larvae. J. Neurosci. 29, 852-862 (2009).
  39. Khurana, S., et al. Olfactory Conditioning in the Third Instar Larvae of Drosophila melanogaster Using Heat Shock Reinforcement. Behav. Genet. 42, 151-161 (2012).
  40. Tully, T., Cambiazo, V., Kruse, L. Memory through metamorphosis in normal and mutant. 14, 68-74 (1994).
  41. Michels, B., et al. Cellular site and molecular mode of synapsin action in associative learning. Learn Mem. 18, 332-344 (2011).
  42. Saumweber, T., et al. Behavioral and synaptic plasticity are impaired upon lack of the synaptic protein SAP47. J. Neurosci. 31, 3508-3518 (2011).
  43. Pfeiffer, B. D., et al. Refinement of tools for targeted gene expression in Drosophila. Genetics. 186, 735-755 (2010).
  44. Rosenzweig, M., Kang, K., Garrity, P. A. Distinct TRP channels are required for warm and cool avoidance in Drosophila melanogaster. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 105, 14668-14673 (2008).
Ассоциативный аппетит обонятельного обучения в<em&gt; Drosophila</em&gt; Личинки
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Apostolopoulou, A. A., Widmann, A., Rohwedder, A., Pfitzenmaier, J. E., Thum, A. S. Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae. J. Vis. Exp. (72), e4334, doi:10.3791/4334 (2013).More

Apostolopoulou, A. A., Widmann, A., Rohwedder, A., Pfitzenmaier, J. E., Thum, A. S. Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae. J. Vis. Exp. (72), e4334, doi:10.3791/4334 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter